CN112620890A - 一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法 - Google Patents

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张木公
常天行
井龑东
方学伟
张琦
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Abstract

一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法，先根据成形产品的镍、钛含量，确定成形所需镍、钛丝材的成分，按照电弧熔丝增材制造工艺选择镍丝和钛丝；然后按照电弧熔丝增材制造工艺中镍、钛丝材的送丝速度和丝材直径，采用绞合方式，选择绞股丝材的原始直径和丝材根数，通过卷丝机制造成形所需的绞股丝材；再根据绞股丝材的原始直径和丝材根数确定绞股丝材的进给速度，设置送丝角度并调整绞股丝材进给机构的位置；然后按照电弧熔丝增材制造工艺的工艺参数设置绞股送丝的打印参数，导入三维数据文件，规划焊枪成形路径，完成打印准备工作；开始增材制造过程，按照设定的成形模式进行层层堆叠生产；本发明设备简单，工艺方便，不会引入杂质。

Description

一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法
技术领域
本发明涉及形状记忆合金增材制造技术领域，具体涉及一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法。
背景技术
目前采用电弧熔丝增材制造技术成形的NiTi形状记忆合金构件主要采用两种类型的送丝方法：采用NiTi丝材的进给方式和采用纯镍、纯钛丝材分别连续进给的方式；第一种进给方式采用的是加工完成的NiTi丝材，但NiTi丝材的生产涉及复杂的锻造、拉拔和热处理工艺，在生产过程中不可避免的引入N、O杂质元素，同时对于生产的NiTi丝材中镍和钛的含量难以精确掌控，采用这种进给方式增加了生产成本和生产周期，使生产工艺复杂化。第二种进给方式采用的是纯镍和纯钛丝材分别进给，这种方式将采用两套丝材进给装置，将丝材通过两个送丝口同时注入熔池进行成形加工，相比第一种进给方式减少了复杂的丝材加工工艺，但增加了一套丝材加工装置，使加工设备复杂化，同时对于不同成分的NiTi合金其纯镍丝和纯钛丝的进给速度不同，降低了熔池的稳定性和增加了控制难度。
申请号202010385665.4的中国专利公开了一种高纯NiTi合金丝材的制备方法，该方法采用中频感应熔炼与两次真空自耗熔炼相结合的方式，可以在很大程度上减小加工过程中的杂质引入，但从中可以看出其工艺过程需要反复的拉拔和热处理。申请号201710502213.8的中国专利公开了一种一体式的双导电嘴双丝焊枪，可以通过一个焊枪完成两种不同粗细的丝材打印过程，类似这种通过改良焊枪，增加送丝口的多丝送丝设备针对相同速度的多丝进给而言可以减少送丝机构，简化设备，然而对于NiTi合金生产过程中丝材进给速度不同且差别较大时，该种方式并不能减少送丝机构，且差速的进给会给焊枪带来额外的力矩，增加焊枪振动，从而降低精度。
综上所述，现有方法大都集中在改进NiTi丝材的生产工艺和设计不同的多丝焊枪上，这都不可避免的存在一些问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法，设备简单，工艺方便，不会引入杂质。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法，包括以下步骤：
1)根据成形产品的镍、钛含量，确定成形所需镍、钛丝材的成分，按照电弧熔丝增材制造工艺选择镍丝和钛丝；
2)按照电弧熔丝增材制造工艺中镍、钛丝材的送丝速度和丝材直径，采用绞合方式，选择绞股丝材的原始直径和丝材根数，通过卷丝机制造成形所需的绞股丝材；
3)根据步骤2)选择绞股丝材的原始直径和丝材根数确定绞股丝材的进给速度，设置送丝角度并调整绞股丝材进给机构的位置；
4)按照电弧熔丝增材制造工艺的工艺参数设置绞股送丝的打印参数，导入三维数据文件，规划焊枪成形路径，完成打印准备工作；
5)开始增材制造过程，按照设定的成形模式进行层层堆叠生产。
采用绞股丝材的进给方法，能够对产品进行第三元素强化，调整NiTi成品的功能特性。
本发明和现有技术相比，其优势为：
1)相比使用NiTi丝为原材料的增材制造，本专利采用的是镍丝和钛丝，利用简单的卷丝机设备就可以完成丝材的制备工作，避免了复杂的NiTi丝材加工过程，简化了产品的生产工艺，缩短了生产周期，使加工更加方便。
2)相比使用镍丝和钛丝为原材料的增材制造，本专利采用的是绞股丝材，通过一个送丝设备就可以完成对丝材的进给，简化了加工设备的复杂程度。
3)采用绞股丝材的进给方式，方便对产品进行第三元素强化和调整NiTi成品的功能特性，例如在绞合过程中添加部分铁丝或铜丝，用来调节NiTi成品的转变温度和力学性能。
4)对于使用绞合丝材的送丝机构，可以使用现有丝材加工时的工艺参数，而不用在进行工艺上的调整，这实现了在原参数下的加工，避免了工艺参数的调整。
附图说明
图1为本发明实施例1绞股丝材的示意图。
图2为本发明实施例1成形产品的微观组织示意图。
图3为本发明实施例2成形产品的微观组织示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1，一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法，包括以下步骤：
1)本实施例中预制备的NiTi产品化学成分按质量百分比为：Ni-53wt％,余量为Ti，由电弧熔丝增材制造工艺可知，选择99.9％镍丝和TA1钛丝；
2)由电弧熔丝增材制造工艺可知，镍丝和钛丝的送丝速度分别为560mm/min和800mm/min，丝材直径为0.9mm；采用绞合方式，以镍的送丝速度为基础，按单位时间送丝体积不变原则，选择原始直径为0.9mm镍丝、1mm钛丝和0.4mm钛丝，通过卷丝机制成绞股丝材，如图1所示；
3)根据步骤2)所选绞股丝材的原始直径和丝材根数确定绞股丝材的进给速度为560mm/min，设置送丝角度并调整绞股丝材进给机构的位置；
4)按照电弧熔丝增材制造工艺的工艺参数设置绞股送丝的打印参数：打印喷头到工件的距离为3.5mm，打印喷头的移动速度为95mm/min，基板的加热温度为400℃，打印的层间间隔时间为60s，沉积电流选择140A，采用钨极惰性气体保护焊(GTAW)焊枪进行产品的打印，保护气选择氩气，流速为15L/min，导入三维数据文件，规划焊枪成形路径，完成打印准备工作；
5)开始增材制造过程，按照设定的成形模式进行层层堆叠生产。
对成形产品进行微观组织分析，观察其内部晶粒分布如图2所示，距离基板较近的区域出现柱状晶区，随沉积层数的增加逐渐转变为等轴晶。
实施例2，一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法，包括以下步骤：
1)本实施例中预制备的NiTi产品化学成分按质量百分比为：Ni-52wt％,余量为Ti，由电弧熔丝增材制造工艺可知，选择99.9％镍丝和TA1钛丝；
2)由电弧熔丝增材制造工艺可知，镍丝和钛丝的送丝速度分别为513mm/min和700mm/min，丝材直径分别为0.9mm和1mm；采用绞合方式，以镍的送丝速度为基础，按单位时间送丝体积不变原则，选择原始直径为0.9mm镍丝、1mm钛丝和0.6mm钛丝，通过卷丝机制成绞股丝材；
3)根据步骤2)所选绞股丝材的原始直径和丝材根数确定绞股丝材的进给速度为513mm/min，设置送丝角度并调整绞股丝材进给机构的位置；
4)按照电弧熔丝增材制造工艺的工艺参数设置绞股送丝的打印参数：打印喷头到工件的距离为3.5mm，打印喷头的移动速度为95mm/min，基板的加热温度为300℃，打印的层间间隔时间为90s，沉积电流选择80A，采用钨极惰性气体保护焊(GTAW)焊枪进行产品的打印，保护气选择氩气，流速为15L/min，导入三维数据文件，规划焊枪成形路径，完成打印准备工作；
5)开始增材制造过程，按照设定的成形模式进行层层堆叠生产。
对成形产品进行微观组织分析，观察其内部晶粒分布如图3所示，观察到晶内出现篮网状沉淀。
综上，针对不同镍含量的NiTi形状记忆合金，只需调整绞股丝材的数量和直径就可以在不改变现有工艺参数的条件下完成产品成形，其成形产品微观组织和原送丝方式成形的微观组织基本相同。

Claims (2)

1.一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据成形产品的镍、钛含量，确定成形所需镍、钛丝材的成分，按照电弧熔丝增材制造工艺选择镍丝和钛丝；
2)按照电弧熔丝增材制造工艺中镍、钛丝材的送丝速度和丝材直径，采用绞合方式，选择绞股丝材的原始直径和丝材根数，通过卷丝机制造成形所需的绞股丝材；
3)根据步骤2)选择绞股丝材的原始直径和丝材根数确定绞股丝材的进给速度，设置送丝角度并调整绞股丝材进给机构的位置；
4)按照电弧熔丝增材制造工艺的工艺参数设置绞股送丝的打印参数，导入三维数据文件，规划焊枪成形路径，完成打印准备工作；
5)开始增材制造过程，按照设定的成形模式进行层层堆叠生产。
2.根据权利要求1所述的一种NiTi形状记忆合金电弧熔丝增材制造丝材进给方法，其特征在于，采用绞股丝材的进给方法，能够对产品进行第三元素强化，调整NiTi成品的功能特性。
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